土方换填施工工序（工程开挖换填施工工艺）

由于软土的工程性质（地基承载力低、在荷载作用下易变形、不均匀变形大且变形稳定时间长）影响路基的坚固、稳定、耐久性。

所以，在软土地基上建筑工程，需进行处理。

当软弱土层较薄时，通常采用换土法进行地基处理。

一、工艺特点

施工简易、工期短、造价低。

二、适用范围

开挖换填是针对局部存在软土及松软土，其厚度一般不超过4m的情况而采用的一种常用的地基处理方式。

可广泛应用于公路、铁路、市政工程、工业民用建筑基础和场坪的地基换填处理。

三、工艺原理

通过挖除软土，换填砂砾、碎石、碎石土、砂性土，形成良好的持力层，从而改变地基承载力特性，提高抗变形和稳定能力，满足路基的设计与施工需要。

四、工艺流程

工艺流程见图：

五、操作要点

1、施工准备

①复核设计文件

熟悉施工设计图，踏勘现场，复核设计文件。

②现场调查

沿线施工调查，确定经济运距内的换填材料（砂砾、碎石、碎石土、砂性土）及弃土场。

③取样试验

选用级配优良的砂砾、级配碎石或对未经扰动的碎石土、砂性土进行代表性取样，通过土工试验确定相应换填材料的液限、塑限、塑性指数、最佳含水量、最大干密度、CBR值等是否符合设计及规范要求。

④试验段

通过开挖换填试验段，确定以下各项换填材料的松铺系数及标准施工方法，为施工提供真实、可靠、准确的依据。

★（1）换填材料的松铺系数。

★（2）标准施工方法。

1）填料摊铺方法和适用机具。

2）填料含水量的控制方法。

3）整平和整形的合适机具和方法。

4）压实机械的选择和组合，压实的顺序、速度和遍数。

5）挖掘、运输、摊铺和碾压机械的协调和配合。

6）密实度的检查方法。

★（3）一次铺筑的合适厚度。

⑤开工准备

（1）软基开挖前应进行场地清理，清除换填范围内的树木，灌木丛及构筑物。

（2）开挖前应于开挖线四周作好截水沟。施工期间应修建临时排水设施。

（3）临时排水设施应与设计排水系统结合，基坑水不得排入农田、耕地，污染自然水源，也不得引起淤积和冲刷。

⑥测量放样

施工放样，定出桩位，确定换填开挖区域及换填深度。

2、施工操作要点

①测量放样

施工前，应根据现场复核后的施工图进行放线测量确定换填开挖范围和换填深度。

②排水疏干

采用挖掘机或人工开挖纵、横向排水沟降低换填区域的地下水位便于挖运软土。

③挖除软土

（1）根据换填长度决定开挖顺序：长度在100m以下时，开挖由一端向另一端进行；长度在100m以上时，开挖从中部往两端进行。

（2）挖除软土采用挖掘机配合人工清基，测量人员及时测量开挖基底高程，当距基底标高10～500px时，用人工挖除整平至设计标高，防止超挖现象发生。

（3）软弱土层挖除干净后，将底部平整，底部起伏较大时，设置宽度不小于1m的台阶或缓于1∶5的缓坡；若基底处于平坦地带，施工前应采取集水井抽水法作为排水措施，尽量将基坑积水排除干净，按照要求挖除全部软土。

（4）不允许回填过程中有软土搀杂或有水碾压造成弹簧或缺陷地基。

（5）软土底部的开挖宽度不得小于路堤宽度加放坡宽度。

（6）将软土运至指定的弃土场堆放，以防止对周边环境造成污染。

④基底碾压

软土挖除后，用平地机进行整平，压路机对基底进行碾压，确保基底压实度或承载力符合设计及规范的要求（例如：压实度达到最大干密度的90%、地基承载力达到150kPa）。

⑤填筑换填材料

运距在1km内的挖运渗水材料采用铲运机施工，运距在1km外的挖运渗水材料采用挖掘机配合自卸汽车施工。

⑥平整压实

（1）采用水平分层填筑，按照基坑横断面全宽分成水平层次，逐层向上填筑。

（2）摊铺作业采用推土机粗平、平地机精平，从换填基坑最低处开始分层平行摊铺，松铺层的厚度按路堤试验段得出的数据确定。

（3）一般碎石土、渗水土最大松铺厚度不大于300mm，砂砾、级配碎石的最大松铺厚度不大于250mm。

（4）渗水材料摊铺平整后快速检测施工含水量控制在最佳含水量的-2%～ 2%再碾压，若含水量偏大时，晾晒至符合要求再碾压；若含水量偏小时，洒水至达到要求再碾压。

（5）振动压路机碾压时，行驶速度用慢速，最大速度不超过4km／h。碾压时先静压一遍，先慢后快，振动频率先弱后强，直线段由两侧向中间，曲线段由弯道内侧向外侧纵向进退错行碾压，行与行轮迹重叠为轮宽度的1/2，横向同层接头处重叠0.4～0.5m，前后相邻两区段纵向重叠1.0～1.5m，上下两层填筑接头处错开3m，达到无漏压，无死角，确保碾压均匀。

⑦质量检验

每层碾压完毕，可用灌砂法、环刀法、水袋法、核子密度仪检测压实密度或用水平仪进行沉降观测，确保达到设计及规范的相应压实要求后再进行下一层填筑，直至回填到原地面顶。

⑧场地清理

文明施工，做到工完料清、场地净。

六、主要机具设备

根据工程量，结合现场实际合理配备一定数量的挖掘机、装载机、铲运机、推土机、平地机、压路机、自卸车。

七、劳动力组织

每个作业点配备工程技术人员1人、测量人员2人、安全员1人、领工员1人、根据需要配备普工若干名以及相应数量的工程机械操作手、自卸车驾驶员。

八、质量要求及质量控制措施

1、开挖换填施工质量要求

严格按照相关质量要求进行压实度检测和沉降观测，确保换填质量满足设计及规范要求。

2、质量控制要点

（1）确保换填面积和深度满足设计或现场实际需要。

（2）非适用性材料（软土）务必挖除干净。

（3）确保换填基坑排水良好，基底晾晒干燥后达到设计及规范要求的地基承载力指标或压实度。

（4）采用的换填材料满足设计及规范要求。

（5）严格按照试验段总结的施工参数控制填料层厚以及施工含水量。

（6）填筑层顶面平整、密实、排水良好，压实度、沉降量满足设计及规范要求。

3、质量通病的处理

（1）开挖至基底设计标高后，若基底承载力不满足设计及规范要求，须办理工程变更设计，根据施工现场实际情况确定最终换填基底标高。

（2）若填筑层压实度不满足设计及规范要求时，须及时检查压实层厚或调整施工含水量、严格碾压工序。

（3）若地基或填筑层沉降量偏大，须控制填筑速率。

九、施工安全及环保措施

1、施工安全

（1）换填基坑开挖应视土质、湿度、挖深及坑顶载荷情况设放安全边坡。

（2）基坑开挖深度超过5m或有地下水等情况时，应经过专项计算坑壁稳定性，按《深基坑支护技术》规定采取安全技术措施设置坑壁支护体系方可进行基坑开挖作业。

（3）坑内挖出的弃土，应边挖边运；坑顶暂时堆放的弃方应距离坑边沿至少0.8m以外，且堆高不能超过1.5m。

（4）挖基作业中如发生险情，应立即报告施工负责人，并组织人员抢险加固基坑支撑维护设施，当险情加剧危及到人机安全时，则应立即组织人、机撤离基坑至安全地点。

（5）基坑渗水要及时排除，不能有积水浸泡。

（6）挖基作业应设置人员进出基坑的走道或爬梯，严禁施工人员乘坐吊斗、皮带运输机或攀爬基坑围护支撑杆件进出。

（7）基坑开挖中所设置的各种固壁围护支撑体系，作业中严禁碰撞，当发现松动、变形时，应及时加固。

（8）夜间作业及用电设备的投入，应按《施工现场临时用电安全技术规程》要求作好安全供用电管理工作。

（9）在人口密集地区或交通要道旁进行挖基作业，基坑四周必须设置安全隔挡及警示标志，严防闲杂人员接近和过往车辆闯入。

（10）施工机械在作业时，应设有明显的安全警告标志，并派专人指挥。

●1）警告标志作到规范、适用、位置显著，利于机手观察。

●2）指挥人员应熟悉业务，指挥信号应规范，指挥位置既方便机手观察又能满足站位安全的要求。

（11）机械在坡、坎处作业时应遵守安全技术操作规程（见表1），严防倾翻。

（12）人机配合作业时，必须交替、协调作业。严禁在机械作业范围内，人机同时作业。

2、环保措施

（1）挖除后的非适用性材料（软土）必须运往监理工程师指定的弃土场堆放、平整，并做好弃土场的防护、排水以及植被恢复工作。

（2）安排洒水车及时养护施工便道，减少扬尘污染。

（3）临时排水设施应与设计排水系统结合，基坑水不得排入农田、耕地，防止污染自然水源，也不得引起淤积和冲刷。

（4）精心组织、合理安排，避免在人口密集地区夜间施工，以防噪音扰民。

十、工程实例

广西苍梧至广东郁南高速公路第二合同段软基处理时，采用了开挖换填的施工方法施工。

1、设计情况

（1）根据施工图设计说明，标段内软土地基为淤泥质粘土，其物理性质：

●一是含有很多细颗粒及大量有机腐植质；

●二是颜色深灰色或暗绿色，有臭味；

●三是一般天然含水量在40%～70%之间，有的大于70%，孔隙比>1.0，天然容量在15～18kN/m3之间。

力学性质：强度极低，压缩性大，透水性差。

工程特性：地基承载力低，强度增长缓慢，加荷后易变形且不均匀，变形速率大且稳定时间长，具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。

（2）鉴于淤泥软土地基承载力低，压缩性大，透水性差，不易满足高速公路地基设计要求，故淤泥厚度小于4m时，设计采用开挖换填砂性土进行软基处理。

2、施工机械选型

根据每段软土地基开挖换填的工程量大小，结合现场实际合理配备一定数量的挖掘机、装载机、铲运机、推土机、平地机、压路机、自卸车。

3、施工参数

根据开挖换填试验段总结施工参数如下：

★（1）换填材料（砂性土）的松铺系数为1.25。

★（2）确定的标准施工方法。

1）填料采用推土机摊铺。

2）填料含水量采用现场酒精烧失法控制在最佳含水量（13.5%）的-2%～ 2%。

3）人工配合平地机整平。

4）采用18t振动式钢轮压路机碾压，先静压一遍、弱振2遍、强振3遍、最后静压一遍光面。

压路机碾压行驶速度用慢速档位，最大速度不超过4km／h。

5）采用灌砂法检测压实度，确保达到填料最大干密度（1.89）的90%。

★（3）一次铺筑的压实厚度为500px，松铺厚度625px。

4、施工效果

XX至XX高速公路第二合同段开工日期为XX年XX月1日，竣工日期为XX年XX月15日。

该项目的软基处理，一般均采用了开挖换填施工方法。

时至今日，工后沉降满足设计及规范要求。

工程应用效果良好。

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